Question

【題目】在高溫下，鐵與水蒸氣能發(fā)生反應(yīng)生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體。某興趣小組請(qǐng)你參與研究：鐵與水蒸氣反應(yīng)一段時(shí)間后剩余固體物質(zhì)的成分、性質(zhì)及再利用。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(夾持儀器略)

(1)（推斷）觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體是_____________。

(2)探究B裝置中剩余固體成分是什么？

（查閱資料）

（1）．碎瓷片能防爆沸；堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物

（2）．鐵的氧化物中，只有Fe2O3是紅棕色，其余均為黑色，只有Fe3O4能被磁鐵吸引。

（初步探究）

B裝置中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引。

（猜想與假設(shè)）

猜想一：剩余固體是Fe3O4；

猜想二：剩余固體是_____________。

（實(shí)驗(yàn)探究）

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸(或稀硫酸)	若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，剩余固體是Fe3O4，若固體全部溶解，有氣泡冒出，剩余固體是Fe和Fe3O4(與實(shí)驗(yàn)操作一致)

（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。

(3)（成分再利用）若將B裝置中剩余的黑色固體a g，經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化，全部變?yōu)榧t棕色固體Fe2O3(假設(shè)轉(zhuǎn)化過程中鐵元素?zé)o損耗)，增加的質(zhì)量為x，則x的取值范圍為_____________。

Answer 1

【答案】氫氣 Fe與Fe3O4 3Fe+4H2O Fe3O4+4H2 0.03a≤x＜0.43a

【解析】

（1）觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體具有還原性，再根據(jù)反應(yīng)物為“鐵與水蒸氣”，所以該氣體是氫氣，故填：氫氣；
（2）[猜想與假設(shè)]能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe3O4，則猜想一Fe3O4；又不可能只有Fe沒有其他反應(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe與Fe3O4；驗(yàn)證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe，故填：Fe與Fe3O4．
[實(shí)驗(yàn)探究]根據(jù)鐵與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想一正確．若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確，故填：取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸；若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想一正確．若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確．
[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]根據(jù)“在高溫下，鐵與水蒸氣能發(fā)生反應(yīng)生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，所以鐵和水蒸氣反應(yīng)會(huì)生成四氧化三鐵和氫氣，化學(xué)方程式為：3Fe+4H2O Fe3O4+4H2；故填：3Fe+4H2O Fe3O4+4H2．
（3）假設(shè)黑色固體全是鐵，則

則x=0.43a
假設(shè)黑色固體全部是四氧化三鐵，則

則x=0.03a，
根據(jù)猜想，所以x的取值范圍為0.03a≤x＜0.43a
故答案為：0.03a≤x＜0.43a.